專利名稱：太陽電池窗口層及含有該窗口層的復(fù)合結(jié)構(gòu)和太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽電池，尤其涉及太陽電池窗口層及含有該窗口層的復(fù)合結(jié)構(gòu) 和太陽電池。
背景技術(shù)：
作為太陽電池的窗口層，要求高透過率、高電導(dǎo)率和寬帶隙。目前的太陽電池通常 采用P-SiC = H制成窗口層，與N型透明導(dǎo)電薄膜直接接觸。由于P_SiC:H電導(dǎo)率不是很大， 當P-SiC = H和透明導(dǎo)電薄膜之間的勢壘相差較大時不能形成歐姆接觸，從而影響電池的填 充因子和開路電壓，進而影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。因此，為了提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效 率，必須改善N型透明導(dǎo)電薄膜與窗口層之間的接觸。

實用新型內(nèi)容為了改善N型透明導(dǎo)電薄膜與窗口層之間的接觸，本實用新型提供一種太陽電池 的窗口層，具體方案如下。一種太陽電池窗口層，由電導(dǎo)率大于等于0. 15SCHT1 (西門子每厘米)的高電導(dǎo)率 層和帶隙大于等于1.8ev(電子伏特)的寬帶隙層構(gòu)成。所述高電導(dǎo)率層的材料可以為微晶硅、納米硅或多晶硅。厚度為1-5. 9nm。所述寬帶隙層的材料可以為非晶硅或非晶碳化硅。厚度為l-50nm。本實用新型還提供二種復(fù)合結(jié)構(gòu)。一種是在襯底上依次設(shè)置透明導(dǎo)電薄膜和上述 太陽電池窗口層，并且高電導(dǎo)率層處于透明導(dǎo)電薄膜和寬帶隙層之間。另一種是在襯底上 依次設(shè)置上述太陽電池窗口層和透明導(dǎo)電薄膜，并且高電導(dǎo)率層處于透明導(dǎo)電薄膜和寬帶 隙層之間。所述襯底可以為玻璃、不銹鋼或聚酰亞胺。所述玻璃例如為低鐵超白玻璃。透明導(dǎo)電薄膜(TC0薄膜)的材料可以是SnO2:F、AZO(摻鋁氧化鋅)、ΒΖ0(摻硼氧 化鋅)、GZO(摻鎵氧化鋅)、ITO(銦錫氧化物)等本領(lǐng)域通常使用的材料。以SnO2 = F為材 料時，F(xiàn)/Sn的原子百分比(即，以百分比表示材料中F原子(或離子)數(shù)與Sn原子(或離 子)數(shù)之比，以下相同。)為0. 5% 1%。以AZO為材料時，ΑΙ/Si的原子百分比為0.3% 2%。以BZO為材料時，B/Zn的原子百分比為0.5% 2%。以GZO為材料時，Ga/Si的原子 百分比為0.5% 2%。以ITO為材料時，In/Sn的原子百分比為10% 30%。另外，還可 以使用市售的FTO(摻氟二氧化錫)透明導(dǎo)電薄膜。本實用新型還提供利用上述窗口層作為窗口層的太陽電池。本實用新型的窗口層的高電導(dǎo)率層與N型TCO薄膜之間容易形成歐姆接觸，所以 接觸良好，并且兼具高透過率和寬帶隙，因此能夠提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

圖1為本實用新型的太陽電池窗口層的結(jié)構(gòu)之一例。
3[0013]圖2為實施例1中制備得到的太陽電池的安伏曲線。圖3為實施例1中制備得到的太陽電池的量子效率曲線。圖4為實施例2中制備得到的太陽電池的安伏曲線。圖5為實施例2中制備得到的太陽電池的量子效率曲線。
具體實施方式
下面列舉本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型并不限于這些具體實施例。需要說明的是，以下實施例中使用PECVD(等離子增強化學(xué)氣相沉積)設(shè)備(AM公 司制P5200型)制備窗口層。并且采用臺階儀(KLA公司制Tencor p-16+型)測定薄膜厚 度，采用分光光度計(Perkin Elmer公司制lambda750型)測定薄膜的光透過率，采用四探 針電阻測試儀(廣州硅研半導(dǎo)體技術(shù)有限公司制RTS-9型)測定薄膜的電導(dǎo)率。實施例1在50_70°C的超純水(電阻率大于IOM Ω /cm)中，用1 %半導(dǎo)體用中性清洗劑將沉 積有FTO透明導(dǎo)電薄膜2 (對300nm-l IOOnm的光的透過率為80. 84%，方塊電阻為12 Ω / □， 厚度為700nm)的玻璃襯底1超聲清洗15分鐘，然后用超純水沖洗襯底至無清洗劑殘留，并 采用純度高于99%的氮氣吹干襯底。然后將上述玻璃襯底1放入PECVD設(shè)備的第一個腔室，利用PECVD法在FTO透明 導(dǎo)電薄膜2上制備電池的窗口層。首先通入1. kccm(標況毫升每分鐘)的硅烷、520sCCm 的氫氣和0.6SCCm三甲基硼烷與氫氣的混合氣體(在混合氣體中，三甲基硼烷的濃度以分 子數(shù)計算為)，在壓強為5torr (托)、功率為IOOW的條件下，用ρ型微晶硅制備厚度為 3nm的高電導(dǎo)率層3，其電導(dǎo)率為1.580^(厚度為IOOnm時的測定值)。然后通入20sCCm 的硅烷、200sCCm的氫氣及20SCCm的甲烷，在壓強為2torr、功率為19W的條件下，利用非晶 碳化硅在高電導(dǎo)率層3上制備厚度為IOnm的寬帶隙層4，其帶隙為1. 94ev。由此得到一種包括窗口層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，如圖1所示。然后，按照PECVD設(shè)備的操作手冊，在其他腔室，于上述窗口層上依次形成300nm 的P型本征非晶硅層、15nm的η型非晶硅層、30nm的ρ型微晶硅層、1600nm的本征微晶硅層 和20nm的η型非晶硅層。取出形成有上述各層的襯底，放入磁控濺射儀(Leybold vacuum公司制UNIVEX 450B型)的腔室內(nèi)，濺射形成AZO和Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)作為背電極。其中，AZO的厚度為90nm， 方阻小于100 Ω / □，Ag層厚度為20nm，方阻小于0.001Ω/ 口。由此制備得到電池。利用太陽能模擬器(Newport公司制92193a型)在25°C、AM1. 5、光強1000W/m2的 條件下對電池進行測試，電池的安伏曲線、量子效率曲線分別如圖2、3所示。實施例2在50_70°C的超純水(電阻率大于10MΩ/cm)中，用1 %半導(dǎo)體用中性清洗劑將低 鐵超白玻璃襯底超聲清洗15分鐘。然后用超純水沖洗襯底至無清洗劑殘留，并采用純度高 于99%的氮氣吹干襯底。將超白玻璃放入PVD (物理氣相沉積)設(shè)備(oerlikon公司制uniVeX-450B型) 中，當本底真空小于5X10_4Pa時通入20SCCm的氬氣，將襯底加熱至300°C，在壓強為 0. 8Pa、功率為400W的條件下，利用Al/Si原子百分比為1 %的摻鋁氧化鋅沉積SOOnm的
4AZO透明導(dǎo)電薄膜。然后采用0. 5%的稀鹽酸對AZO透明導(dǎo)電薄膜進行刻蝕，使厚度降低到 600nm。經(jīng)刻蝕得到的絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜對300nm_l IOOnm的光透過率為82. 42%，方塊 電阻為12 Ω / □，霧度大于40%。將沉積有絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜的襯底放入PECVD設(shè)備的第一個腔室中制備電池 的窗口層。首先通入1. 2sccm的硅烷、720sCCm的氫氣和0. 6sCCm三甲基硼烷與氫氣的混 合氣體(在混合氣體中，三甲基硼烷的濃度以分子數(shù)計算為)，在壓強為9torr、功率為 200W的條件下，利用ρ型微晶硅制備厚度為5nm的高電導(dǎo)率層，其電導(dǎo)率為1. iscnT1 (厚度 為IOOnm時的測定值)。然后通入20sccm的硅烷、200sccm的氫氣及20sccm的甲烷，在壓 強為2. 5torr、功率為19W的條件下以非晶碳化硅為材料在高電導(dǎo)率層上制備厚度為Snm的 寬帶隙層，其帶隙為1.94ev。然后，按照PECVD設(shè)備的操作手冊，在其他腔室，在上述窗口層上依次形成300nm 的P型本征非晶硅層、15nm的η型非晶硅層、30nm的ρ型微晶硅層、1600nm的本征微晶硅層 和20nm的η型非晶硅層。取出形成有上述各層的襯底，放入磁控濺射儀(Leybold vacuum公司制UNIVEX 450B型)的腔室內(nèi)，濺射形成AZO和Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)作為背電極。其中，AZO的厚度為90nm， 方阻小于100 Ω/□，Ag層厚度為20nm，方阻小于0.001Ω/口。由此制備得到電池。利用與實施例1相同的設(shè)備和條件對電池進行測試，電池的安伏曲線、量子效率 曲線分別如圖4、5所示。實施例3 6和比較例1在實施例3 6和比較例1中，除了形成表1所示厚度和電導(dǎo)率的高電導(dǎo)率層及 所示厚度和帶隙的寬帶隙層以外，與實施例2相同地操作，制得太陽電池。并與實施例2相 同地對太陽電池進行測試，結(jié)果如表1所示。實施例7與實施例2相同地操作，在襯底上沉積絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜。將沉積有絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜的襯底放入PECVD設(shè)備的第一個腔室中制備電池 的窗口層。首先通入1. 2sccm的硅烷、360sccm的氫氣和0. 6sccm三甲基硼烷與氫氣的混 合氣體(在混合氣體中，三甲基硼烷的濃度以分子數(shù)計算為)，在壓強為3torr、功率為 IOOff的條件下，利用ρ型微晶硅制備厚度為5nm的高電導(dǎo)率層，其電導(dǎo)率為0. 158^1 (厚度 為IOOnm時的測定值)。然后通入20sccm的硅烷、200sccm的氫氣及20sccm的甲烷，在壓 強為2. 5torr、功率為19W的條件下以非晶碳化硅為材料在高電導(dǎo)率層上制備厚度為IOnm 的寬帶隙層，其帶隙為1.94ev。然后與實施例2相同地操作，形成太陽電池。并與實施例2相同地對制備得到的 太陽電池進行測試，結(jié)果如表1所示。實施例8與實施例2相同地操作，在襯底上沉積絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜。將沉積有絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜的襯底放入PECVD設(shè)備的第一個腔室中制備電池 的窗口層。首先通入1. 2sccm的硅烷、720sCCm的氫氣和0. 6sCCm三甲基硼烷與氫氣的混 合氣體(在混合氣體中，三甲基硼烷的濃度以分子數(shù)計算為)，在壓強為9torr、功率為 200W的條件下，利用ρ型微晶硅制備厚度為5nm的高電導(dǎo)率層，其電導(dǎo)率為1. iscnT1 (厚度
5為IOOnm時的測定值)。然后通入20sccm的硅烷和200sccm的氫氣，在壓強為2. 5torr、 功率為19W的條件下以非晶硅為材料在高電導(dǎo)率層上制備厚度為IOnm的寬帶隙層，其帶隙 為 1. 8ev。然后與實施例2相同地操作，形成太陽電池。并與實施例2相同地對制備得到的 太陽電池進行測試，結(jié)果如表1所示。比較例2與實施例2相同地操作，在襯底上沉積絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜。將沉積有絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜的襯底放入PECVD設(shè)備的第一個腔室中制備電池 的窗口層。首先通入1. 2sccm的硅烷、240sCCm的氫氣和0. 6sCCm三甲基硼烷與氫氣的混 合氣體(在混合氣體中，三甲基硼烷的濃度以分子數(shù)計算為)，在壓強為9torr、功率為 30W的條件下，利用ρ型微晶硅制備厚度為5nm的高電導(dǎo)率層，其電導(dǎo)率為0. OOlscnT1 (厚度 為IOOnm時的測定值)。然后通入20sccm的硅烷、200sccm的氫氣及20sccm的甲烷，在壓 強為2. 5torr、功率為19W的條件下以非晶碳化硅為材料在高電導(dǎo)率層上制備厚度為IOnm 的寬帶隙層，其帶隙為1.94ev。然后與實施例2相同地操作，形成太陽電池。并與實施例2相同地對制備得到的 太陽電池進行測試，結(jié)果如表1所示。比較例3與實施例2相同地操作，在襯底上沉積絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜。將沉積有絨面AZO透明導(dǎo)電薄膜的襯底放入PECVD設(shè)備的第一個腔室中，通入 20sccm的硅烷、200sccm的氫氣及20sccm的甲烷，在壓強為2. 5torr、功率為19W的條件下 以非晶碳化硅為材料在透明導(dǎo)電薄膜上制備厚度為15nm的寬帶隙層，其帶隙為1. 94ev。然后與實施例2相同地操作，形成太陽電池。并與實施例2相同地對制備得到的 太陽電池進行測試，結(jié)果如表1所示。由表1可知，本實用新型的窗口層與現(xiàn)有技術(shù)中不包括高電導(dǎo)率層的單層結(jié)構(gòu)的 窗口層相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高。表 權(quán)利要求1.一種太陽電池窗口層，其特征在于，由電導(dǎo)率大于等于0. 15scm-l的高電導(dǎo)率層和 帶隙大于等于1. Sev的寬帶隙層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池窗口層，其特征在于，所述高電導(dǎo)率層的材料為微 晶硅、納米硅或多晶硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池窗口層，其特征在于，所述寬帶隙層的材料為非晶 硅或非晶碳化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池窗口層，其特征在于，所述高電導(dǎo)率層的厚度為 1-5. 9nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池窗口層，其特征在于，所述寬帶隙層的厚度為 l_50nmo
6.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在襯底上依次設(shè)置透明導(dǎo)電薄膜和權(quán)利要求1 5中任 一項所述的太陽電池窗口層，并且高電導(dǎo)率層處于透明導(dǎo)電薄膜和寬帶隙層之間。
7.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，在襯底上依次設(shè)置權(quán)利要求1 5中任一項所述的太陽 電池窗口層和透明導(dǎo)電薄膜，并且高電導(dǎo)率層處于透明導(dǎo)電薄膜和寬帶隙層之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底為玻璃、不銹鋼或聚酰 亞胺。
9.一種太陽電池，其特征在于，利用權(quán)利要求1 5中任一項所述的太陽電池窗口層作為窗口層。
專利摘要本實用新型涉及太陽電池窗口層及含有該窗口層的復(fù)合結(jié)構(gòu)和太陽電池。所述太陽電池窗口層包括高電導(dǎo)率層和寬帶隙層。本實用新型的窗口層的高電導(dǎo)率層與N型TCO薄膜之間容易形成歐姆接觸，所以接觸良好，并且兼具高透過率和寬帶隙，因此能夠提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H01L31/0256GK201910426SQ20102058615
公開日2011年7月27日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
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